Яким повинен бути ідеальний двигун для того, щоб забезпечувати чудову водіння? Відповідь одна - горизонтально-опозитний двигун Субару.
На сьогоднішній день опозитний двигун практично уособлює цю марку, хоча він також використовується не тільки в Subaru, але і в авто інших марок, наприклад Porsche (хоч і значно рідше).
До слова, любителі радянської мото-класики швидше за все пам'ятають мотоцикли з оппозитним розташуванням двигуна, такі як «Урал» і «Дніпро» і, їх характерний звук працюючого мотора. Звук роботи опозитного двигуна - це ще одна його особливість і маркетингове перевагу у виробників авто.
Таким чином, Subaru робить це звучання і свої гоночні досягнення якоїсь «родзинкою» своїх машин, яка відрізняє їх від усіх інших, що, в свою чергу, самим позитивним чином позначається на продажах автомобілів цієї марки.
Принцип роботи
Принцип роботи горизонтально-опозитного двигуна Subaru практично нічим не відрізняється від всім відомого двигуна внутрішнього згоряння. Робочі такти протікають з тією ж швидкістю, що і при вертикальному розташуванні двигуна.
недоліки
- Самим основним мінусом можна назвати складність ремонту оппозітних двигунів. Деякі з цих двигунів взагалі не підлягають ремонту, а то й витягти його з моторного відсіку. Ще не міру без спеціалізованого інструменту. Якщо ви не хочете витрачати величезну кількість часу, то зверніться до професіоналів. Варто пам'ятати, що за таку процедуру доведеться викласти досить велику суму, що не дивно. Адже не кожен фахівець знає пристрій опозитного двигуна і його особливості;
- Дуже складно знайти спеціалізованого механіка;
- Складне пристрій вимагає великих фінансових вкладень в плані нових деталей. Тобто, щоб купити необхідну частину доведеться викласти більшу суму;
- Підвищений витрата масла.
переваги
Конструкція двигуна, при якому поршні розташовані по обидва боки від колінчастого вала під кутом 180 градусів, створює величезну кількість переваг:
- При горизонтальному розташуванні циліндрів один проти одного сили інерції, що виникають при русі поршнів, взаємно гасяться. Завдяки чому, двигун має гарну врівноваженістю і низьким рівнем вібрацій.
- Невисокий рівень вібрацій дозволяє обійтися противагами невеликої маси і не встановлювати врівноважують вали. В результаті двигун витрачає менше палива і має кращу чуйністю.
- Невисокий рівень вібрацій також дає можливість отримання великого діаметра циліндрів, що полегшує створення високоспритних двигунів для спортивних автомобілів.
- Інерція щодо вертикальної осі автомобіля менше, що підвищує швидкість реакції на управління.
- Невелика висота двигуна і низьке положення центра ваги додатково покращують швидкість реакції і підвищують стійкість автомобіля.
- Можливість отримання великого діаметру циліндрів полегшує створення високоспритних двигунів для спортивних автомобілів.
- Конструкція горизонтально-опозитного двигуна володіє більшою жорсткістю, що дозволяє зменшити механічні втрати при роботі двигуна. Завдяки цьому збільшується ресурс двигуна.
Безпека
Пасивна безпека. У разі серйозного фронтального зіткнення плоский опозитний двигун легше направляється під днище автомобіля, зменшуючи тим самим енергію удару, передану на пасажирський салон.
Безпека пішоходів. Опозитний двигун має плоску форму, залишаючи простір між твердими деталями двигуна і порівняно м'яким капотом. Це дозволяє ефективніше поглинути енергію удару при наїзді на пішохода.
Висока стійкість при різких маневрах
Легкий двигун з алюмінієвого сплаву має низький центр тяжіння, що забезпечує невелику інерцію щодо поздовжньої осі автомобіля і малі крени.
Перевага низького центру ваги можна продемонструвати на прикладі метронома. Якщо ви переставите грузик в нижнє положення, маятник буде розгойдуватися швидко. При перестановці грузика в верхнє положення коливання сповільняться. Таким чином, перевага низького центру ваги найяскравіше проявляється при швидкісному проходженні зв'язки крутих поворотів.
керованість
Низький центр ваги і поздовжнє розташування короткого двигуна дозволяють в повороті зменшити не тільки крен, але і момент інерції щодо вертикальної осі автомобіля, що позитивно позначається на поворотності.
Коли водій повертає рульове колесо для зміни напрямку руху, центр обертання автомобіля розташовується ближче до його задньої частини. Для автомобілів рівної маси, меншу відстань від центру обертання до центра ваги означає більш легке здійснення повороту. Ось чому краща компоновка з низько розташованим двигуном і поздовжньо зістикувати з ним коробкою передач.
На противагу крену, який є природним наслідком виконання повороту, переміщення, яке викликається поворотом рульового колеса, може бути прийнято за активний рух, оскільки воно задається водієм.
У прикладі з метрономом таке активний рух аналогічно тому, що ви зупиняєте пальцем маятник метронома і штовхаєте його в зворотному напрямку. Якщо грузик маятника знаходиться в нижньому положенні, вам буде потрібно менше зусилля для того, щоб штовхнути його в іншу сторону.
Оппозітним називається двигун, циліндри якого розташовані в горизонтальному порядку відносно один одного. Подібна схема будови має назву: V-подібний двигун з кутом розвалу циліндрів 180 градусів. З англійської мови слово «opposite» перекладається - «розташований навпроти». Розглянемо опозитний двигун - плюси і мінуси.
Особливості опозитного мотора
Незважаючи на схожість з V-подібним двигуном, оппозітник не має з ним нічого спільного. Відмінність полягає в тому, що в оппозитника два сусідніх поршня розташовані в одній площині відносно один одного. У V-образному двигуні поршні при русі в певні моменти займають положення верхньої і нижньої «мертвої точки». У оппозитника вони одночасно досягають або верхньої «мертвої точки», або нижньої. Таке удосконалення V-образного мотора вийшло в результаті розташування циліндрів під розгорнутим кутом.
Іншим нововведенням стало розташування газорозподільних механізмів у вертикальній площині. Все це звільнило конструкцію силових агрегатів від незбалансованості і підвищених вібрацій, а рух на авто зробило максимально комфортним. Тепер вібрації від двигуна не передаються кузову і не стрясають машину.
Оппозітниє мотори завжди мають парне число циліндрів. Найбільшого поширення набули чотири-і шестициліндрові двигуни.
Особливості конструкції силового агрегату типу «боксер» мають значні переваги перед іншими видами моторів:
Центр ваги зміщений вниз;
економічна витрата палива;
низький рівень вібрацій;
збільшений ресурс мотора;
пасивна безпека при лобовому зіткненні.
Усунутий вниз центр ваги дозволяє домогтися кращої стійкості авто і оптимальної керованості при активних маневрах і крутих поворотах. Під час різких поворотів значно зменшується крен. Розташування движка на одній осі з трансмісією забезпечує кращу передачу потужності. Відсутність врівноважують валів економить витрату палива.
Двигун працює в плавному режимі. Низький рівень вібрації мотора досягається, завдяки узгодженим обертанню сусідніх поршнів. Розташування клонували на трьох підшипниках, замість п'яти звичайних, - ще одна перевага опозитного двигуна. Це значно зменшує масу движка і його довжину.
Розташування поршнів в горизонтальній площині надає системі більшу жорсткість, що значно зменшує механічні втрати при роботі силового агрегату.
Пасивна безпека забезпечується тим, що при зіткненні мотор легко йде вниз під машину. В результаті відбувається зниження інтенсивності спрямованого на пасажирський салон удару.
Збільшений діаметр циліндрів забезпечує мотору високі обороти, Що дає можливість створювати на цій базі моделі спортивного типу.
Ще однією особливістю є характерний звук при роботі оппозитного силового агрегату: він приємніше для слуху.
Недоліки опозитного двигуна.
Переваги опозитного двигуна в наявності. Недоліками є:
Трудомісткий ремонт;
підвищена витрата моторного масла.
Щоб провести ремонт двигуна, його повністю знімають. Однак не в цьому проблема. Деталі для заміни коштують дуже дорого, а збір движка доставляє чималі головні болі. Якщо при ремонті рядного мотора водій може самостійно замінити свічки, то в оппозитника це неможливо. Будь-який ремонт необхідно проводити на спеціальному обладнанні, яке є тільки на СТО.
Історія виникнення оппозитника
Від самого початку даний вид силового агрегату застосовувався у військовій промисловості, зокрема, на вітчизняних танках. Надалі на подібних двигунах їздили Ікаруси і мотоцикл Дніпро МТ. В даний час установкою оппозитника на свої вироби займаються дві фірми - Porsche і Subaru.
Перші розробки з'явилися в тридцятих роках минулого століття, коли інженери концерну Volkswagen почали удосконалити V-образний і рядний двигун. У шістдесятих роках ідею перехопила японська фірма Субару. У 2008 році Subaru випускає перший оппозітник, що працює на дизелі. Відмітні особливості - чотирициліндровий двигун з місткістю 2 літри. Показник потужності - 150 л / с.
Відео принцип роботи опозітний двигуна Subaru
Незважаючи на дорожнечу запчастин і обслуговування в СТО, задоволення від їзди на авто, оснащених «боксером», не порівняти ні з чим. Висока стійкість, легка керованість, чуйність авто на всі дії водія говорять самі за себе.
Відрізняються один від одного не тільки по виду споживаного палива, але також і по конструктивними особливостями. Наприклад, велике розмаїття по розташуванню циліндрів. Кожен варіант має свої сильні і слабкі сторони. В даному випадку будуть розглянуті плюси і мінуси опозитного двигуна.
В поршневих двигунах внутрішнього згоряння (а бувають ще і роторні) розміщення циліндрів може бути різним по відношенню один до одного: під гострим кутом, в один ряд, звездообразно і так далі. У випадку з оппозітним циліндри знаходяться в одній площині і розміщені один навпроти одного під кутом 180 градусів. На відміну від багатьох рядних моторів, опозитний агрегат найчастіше має два, а також вертикальний розподіл. Існує кілька типів оппозітних двигунів. Серед них найбільш відомі:
- Boxer ( «Боксер»). Відрізняється тим, що поршні, розташовані один перед одним, рухаються подібно боксерам на рингу. Тобто, коли один з них знаходиться в крайній верхній точці, другий займає крайнє нижнє положення. Вони весь час в рівній мірі віддалені одне одного;
- ОРД - Opposed Piston Opposed Cylinder. Принцип роботи в даному випадку полягає в тому, що поршні попарно знаходяться в одному циліндрі (верхній і нижній поршень). Вони рухаються назустріч один одному, обертаючи коленвал.
- 5 ТДФ. Це двотактний танковий двигун радянського виробництва, яким застосовувався на танках Т-64 і Т-72. Цікава особливість даного агрегату полягає в його многотоплівності. Основне пальне для нього - солярка. Однак за допомогою спеціального перемикача на паливному насосі високого тиску, можна було запустити режим роботи на бензині або на суміші бензину з гасом і соляркою, а також двигун міг працювати на реактивному паливі. Правда, потрібно ще й підкоригувати кут запалювання (таймінг уприскування).
Розробкою силових агрегатів активно займалася багато компаній. Наприклад, Volkswagen приділяв увагу даного типу агрегатів з середини 30-х років минулого століття. Це були не просто експерименти, а прагнення розробити власний опозитний мотор, знизити рівень вібрацій, які виникають під час роботи традиційного V-образного або рядного двигуна і т.д. До речі, свою розробку інженери Volkswagen застосували і в легендарному автомобілі Volkswagen Beetle. А з 60-х років оппозітниє двигуни стали активно використовуватися японської компанією Subaru, Яка займалася розробками паралельно з німцями.
Переваги оппозитного ДВС
За великим рахунком, робота опозитного двигуна не відрізняється від принципу дії агрегатів інших конструкцій. Однак подібне розташування циліндрів має свої певні переваги, а також і недоліки.
- Найпомітнішим перевагою розглянутих силових установок вважається майже повна відсутність вібрації під час роботи. Такий ефект досягається за рахунок розташування, які врівноважують один одного. Це не тільки додає комфорту, але і істотно збільшує термін експлуатації. Звідси походить другий «плюс»;
- Вражаючий ресурс опозитного двигуна. Є дані про те, що досить часто пробіг до першого капітального ремонту становив мінімум від 500 тисяч кілометрів. Зрозуміло, манера водіння вносить свої суттєві корективи. І, тим не менш, міжремонтний термін досить великий. Втім, часто-густо можна зустріти твердження фахівців і автолюбителів, що 800-900 тисяч до першого - це не більше ніж красива казка;
- Мотори розглянутої в даній статті конструкції забезпечують автомобілям низький центр тяжіння. Особливо це якість цінується в потужних спортивних машинах. Адже, проходячи віражі на великих швидкостях, дуже важливо зберегти стійкість;
- Також не можна не згадати про економію місця під капотом. Хоча багатьом цей пункт здасться спірним, адже виграючи по висоті, потрібно при цьому робити капот ширше або довше.
Ось, мабуть, і всі істотні переваги оппозитника. Тепер потрібно розглянути і недоліки, яких, на жаль, дещо більше.
Основні відмінності, а також переваги і недоліки 8-й клапанних моторів в порівнянні з 16-и клапанними двигунами. який силовий агрегат краще вибрати.
з книги В.М. Степанов
Тюнінг автомобільних двигунів: СПб., 2000. - 82 с .: іл.5. МОДЕРНІЗАЦІЯ СИСТЕМИ випуску відпрацьованих газів
У сучасному автомобілі на систему випуску відпрацьованих газів (ОГ) покладається декілька важливих функцій:
- глушіння шуму при випуску ОГ до рівня, що не перевищує встановлених санітарних норм;
- зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ до значень, що не перевищують гранично допустимих концентрацій.
Поряд з виконанням цих функцій система випуску повинна забезпечувати:
- гарне очищення і продування циліндрів двигуна;
- мінімальні втрати енергії ОГ на шляху від випускних клапанів до лопаток соплового апарату турбіни;
- роботу турбіни при мінімальних пульсаціях потоку ОГ.
Крім того, система випуску повинна мати відносно просту конструкцію і бути технологічною у виготовленні. Виконання названих вимог дозволяє отримати прийнятний витрата палива, знизити ймовірність поломки лопаток турбіни, зменшити металоємність системи випуску і полегшити її обслуговування.
Основною проблемою при прагненні оснастити автомобіль ефективною системою глушіння шуму є труднощі розміщення глушника досить великих розмірів. Зазвичай ця проблема вирішується шляхом установки на автомобіль декількох (до трьох) послідовно з'єднаних глушників з меншими габаритами замість одного великого. Важливою вимогою, що пред'являються при цьому до випускного тракту, є наявність мінімального опору руху ОГ і зменшення за рахунок цього втрат потужності двигуна.
Для зменшення кількості токсичних компонентів в ОГ у випускний тракт сучасних автомобілів встановлюється каталітичний нейтралізатор. Особливість розроблених конструкцій каталітичних нейтралізаторів в тому, що ефективну нейтралізацію містяться
в ОГ токсичних компонентів вони здійснюють лише при значенні коефіцієнта надлишку повітря α \u003d 0,994 ± 0,003. З метою визначення кількості міститься в ОГ кисню і корекції (при необхідності) складу паливо-повітряної суміші, що забезпечує ефективну роботу каталітичного нейтралізатора, в випускному тракті встановлюється датчик зворотного зв'язку, так званий лямбда-зонд, який називають також кисневим датчиком. На деяких автомобілях фірми Toyota такий датчик встановлюється як на вході газів в каталітичний нейтралізатор, так і на виході з нього. Це дозволяє блоку управління оцінювати ефективність роботи каталітичного нейтралізатора.
Слід зауважити, що при установці каталітичного нейтралізатора опір випускного тракту неминуче зростає, що супроводжується деяким зменшенням ефективної потужності двигуна (на 2 - 3 кВт). Щоб загальний опір випускного тракту при установці каталітичного нейтралізатора сильно не зростало, останній розміщують зазвичай на місці попереднього глушника. Оскільки максимальна економічність двигуна має місце при роботі на збіднених сумішах (≈α 1,05 ... 1,15), то вимушена робота двигуна у всьому діапазоні навантажень на суміші практично стехіометричного складу неминуче веде до зниження економічності (до 5%).Випускний тракт системи прагнуть виконати таким чином, щоб при здійсненні покладених на нього основних функцій він сприяв би повнішому очищенню камер згоряння від залишкових газів і повнішому наповненню циліндрів двигуна свіжим зарядом. Залежно від способу організації руху потоку ОГ на ділянці від випускних клапанів до входу в турбіну турбокомпресора випускні системи поділяють на системи
постійного тиску,
імпульсні,
імпульсні з перетворювачами імпульсів
ежекційні однотрубні.Випускні системи постійного тиску з-за наявних серйозних недоліків на автомобільних двигунах практично не
застосовуються.
Найбільшого поширення тут набули системи імпульсні і імпульсні з перетворювачами імпульсів. Розглянемо ці системи докладніше.
В силу циклічності протікання робочого процесу в поршневих ДВС в випускному тракті, як і у впускному, виникає коливальний рух газів, в результаті якого утворюється хвиля тиску.
Завдяки великій різниці тисків газу в циліндрі і випускному тракті, в перший момент з початку відкриття випускного клапана з циліндра виходить значна кількість газів. У цей період, званий попередніми випуском, створюється розповсюджується зі швидкістю звуку хвиля тиску. Ця хвиля, відбиваючись від стінок випускного трубопроводу, при певних обставинах може перешкодити подальшому витіканню газу з циліндра, зумовленого великою різницею тисків в початковий період випуску. Подальше очищення циліндра від залишкових газів здійснюється в цьому випадку лише за рахунок виштовхує дії поршня. Очевидно, що за таких умов кількість газів, які залишаються в камері згоряння від попереднього циклу, буде найбільшим. Це негативно позначиться на подальшому наповненні циліндра свіжим зарядом і відповідно на потужності, економічності та екологічних показниках двигуна.
Однак, що утворюється хвилю тиску можна використовувати і для створення за випускним клапаном умов, що сприяють поліпшенню очищення циліндра від залишкових газів. Для цього випускну систему необхідно налаштувати так, щоб до кінця процесу випуску в період наявної фази перекриття клапанів за випускним клапаном при проходженні хвилі утворилося розрідження. Це призведе до збільшення кількості випливають з циліндра залишкових газів і поліпшення наповнення його свіжим зарядом. Налаштування випускної системи здійснюється шляхом підбору довжини і площі перетину випускних трубопроводів. На початковому етапі робіт названі параметри випускної системи попередньо можуть бути визначені розрахунковим методом, проте потім необхідна перевірка та уточнення отриманих результатів на випробувальному стенді. При виконанні цих досить трудомістких робіт з метою скорочення кількості дослідів для отримання очікуваного результату слід скористатися прийомами, відомими з теорії планування експерименту.
Практика конструювання випускних систем показує, що чим більше циліндрів об'єднує один випускний трубопровід, тим менше виникає в трубопроводі результуюча амплітуда тиску, що утворюється в результаті накладення окремих хвиль. Тому, щоб уникнути небажаного накладення хвиль, випускну систему виконують у вигляді декількох розташованих віялом (один над іншим) трубопроводів, в кожен з яких здійснюється випуск газів не більше ніж з трьох циліндрів. Для запобігання небажаного накладення хвиль потоки газу з циліндрів об'єднуються трубопроводами так, щоб забезпечити чергування випусків газу в кожен трубопровід з максимально можливими інтервалами. При цьому необхідно прагнути забезпечити однакову довжину випускних трубопроводів (На практиці це не завжди вдається реалізувати через наявні габаритних обмежень). Виконання таких умов можливо при віялоподібному розташуванні випускних трубопроводів, коли вони розташовуються один над іншим. Забезпечення однакової довжини трубопроводів дозволяє налаштувати систему випуску на певний діапазон частоти обертання КВ. У імпульсною випускною системою підведення ОГ до турбіни здійснюється окремими трубопроводами від кожної групи циліндрів.У імпульсною випускною системою з перетворювачем імпульсів трубопроводи, які об'єднують випуск з двох або трьох циліндрів, переходять в виконує перетворення імпульсів Y-подібну трубу, два тракту якій через певну відстань об'єднуються в один. У порівнянні з класичною імпульсною випускною системою імпульсна система з перетворювачем імпульсів програє за габаритними показниками, але дозволяє підвищити ККД турбокомпресора і збільшити ресурс турбіни.